Как проектируют аппаратуру для защиты энергосетей

Привет Хабр. Блог АСКОН возвращается к своим читателям. Теперь в нем будут посты не только наших сотрудников, но и гостевые посты инженеров, работающих с продуктами АСКОН. Первая история — о проектировании аппаратуры для энергетики.

Рассказывает Евгений Фофанов, руководитель отдела конструкторско-технологического обеспечения производства «Уралэнергосервис» (Екатеринбург).

Чем мы занимаемся


Более 25 лет наше предприятие разрабатывает и производит аппаратуру передачи команд релейной защиты и противоаварийной автоматики для нужд отечественной энергетики. Наши изделия установлены на энергообъектах компаний «Россети», «Интер РАО», РусГидро, крупных нефтегазовых и металлургических предприятий.

Мы оказываем полный комплекс услуг, в том числе проектирование, разработку, поставку, настройку и включение в работу, гарантийное и постгарантийное обслуживание, модернизацию аппаратуры на месте установки. Помимо этого, в собственном учебном классе проводятся лицензированные курсы повышения квалификации сотрудников организаций, эксплуатирующих произведенную нами аппаратуру.

ywi1elauwozyso2f3k7xm8bsanc.jpeg
Источник goodfon.ru

Требования к конструкции нашей продукции стандартизованы и определяются ГОСТ Р МЭК 60297–3–101–2006, распространяющимся на 19-дюймовое телекоммуникационное оборудование. Поэтому творческая составляющая при разработке оболочек для наших изделий серьезно ограничена требованиями этого документа.

ycs4fwhcyrdfojh9q4n7deyjvfa.jpeg

Как мы запускаем новое изделие


Как правило, при разработке нового изделия в первую очередь формируется команда проекта, которая и будет заниматься решением основополагающих задач. В ней под руководством главного инженера трудятся разработчики, схемотехник и инженер-конструктор. На первом этапе на основании полученного технического задания составляется структурная схема изделия, определяются его габаритно-массовые характеристики, происходит разбивка на составные части. Конструктор определяется с требованиями к оболочке изделия и его составных частей, после чего определяет размеры печатных плат, устанавливаемых в блоки.

После утверждения конструктивных особенностей изделия схемотехник получает чертеж шаблона печатной платы, которую в дальнейшем планируется установить в один из блоков аппарата. Работа ведется в программе Altium Designer. В результате создаются файлы, содержащие проект печатной платы разрабатываемого блока. Затем модель печатной платы экспортируется в формат *.step, который передается конструктору для последующей проверки на соответствие требованиям, содержащимся в шаблоне печатной платы.

Конструктор открывает полученный файл в системе КОМПАС-3D и встраивает сборку печатной платы в сборку разрабатываемого блока. После чего проверяет модель полученной сборочной единицы на отсутствие геометрических пересечений. При выявлении проблемных мест совместно со схемотехником конструктор находит пути их решения, затем процесс согласования геометрии повторяется.

После согласования печатной платы ее файлы передаются в отдел закупок и далее пересылаются изготовителям печатных плат.

Конструктор, со своей стороны, занимается подготовкой корпусной части изделия. Преимущественно в качестве элементов шасси используются детали, выполненные из листового материала. Для их создания конструктор работает в КОМПАС-3D с командами листового проектирования. С их помощью выполняются сложные операции с листовыми материалами: построение обечаек, просечка штамповок, замыкание углов и самое главное — построение разверток. Эта функциональность обладает достаточными возможностями для реализации всех наших потребностей, надежна и проста в использовании.

jby2zzfu6vxmt71lkxn_2_dqxoy.png
Корпус изделия, выполненный с помощью команд листового моделирования

В обязательном порядке мы применяем справочник Стандартные Изделия, в который, помимо моделей метизов, включен полезный подраздел Конструктивные элементы. Инструмент позволяет добавлять различные проточки, отверстия, канавки и пазы как в 3D-модель изделия, так и в плоский чертеж. Отдельно отметим наличие раздела «Изделия предприятия» с пользовательскими данными.

В нашем случае в него включены все собранные из зарубежных каталогов данные по специализированным метизам (как 3D-геометрия, так и данные для заполнения спецификации).

_5w7isr3kyyhmbjepos0bbkd2tq.png
Номенклатура изделий «Уралэнергосервис» в справочнике Стандартные изделия

Стоит упомянуть о ресурсе TraceParts, где опубликованы более 100 млн деталей из более чем 800 официальных каталогов от множества производителей со всей планеты. При скачивании файлов с этого ресурса (обычно в формате *.step) иногда возникает необходимость упростить геометрию детали. К сожалению, импортированные файлы не содержат подробностей в дереве построений, которые бы позволяли вносить в деталь изменения. Поэтому редактированию детали должно предшествовать восстановление истории построения.

Для восстановления утраченного в ходе экспорта дерева построений мы используем приложение Распознавание 3D-моделей для КОМПАС-3D. При обработке сложных деталей могут возникнуть определенные затруднения, но с простыми моделями библиотека справляется быстро и без ошибок. В результате мы получаем файл модели, подготовленный к внесению изменений в КОМПАС-3D.

Взаимодействие со смежниками


После завершения конструирования модели корпуса она передается на сторону, нашим партнерам, изготовителям корпусных деталей. Для этого файл из КОМПАСа экспортируется в step-файл, после чего через файлообменник передается нашим смежникам, занимающимся механообработкой. Они анализируют полученный файл, проводят конструкторско-технологическую адаптацию под возможности своего производства, после чего высылают свой вариант step-файла на согласование. Интересным моментом в этом взаимодействии является то, что мы не согласовываем чертежи на изделие. Все согласования проводятся в рамках обсуждения 3D-модели. Это позволяет существенно сократить сроки разработки корпусной части изделия.

После решения всех технических вопросов согласуется стоимость изделия. На этом этапе порой приходится вносить изменения в модель, чтобы оптимизировать издержки. Затем идет поставка первых пробных образцов.

Прокладка кабелей и жгутов


Одновременно с подготовкой производства корпусных деталей конструктор работает с файлом 3D-сборки всего изделия. Определяются места для оптимальной трассировки межплатных соединений, закладываются необходимые соединители, определяется тип провода. Для этого мы используем приложение Оборудование: Кабели и жгуты. Его применение позволяет с первого раза рассчитать нужную длину проводных соединений, а также выпустить необходимую конструкторскую документацию на кабели и жгуты.

80xco2_0tfe2cw2up24z-ivfagi.png
Пример использования приложения Оборудование: Кабели и жгуты

В обоснованных случаях проводятся необходимые расчеты с применением CAE-систем, например термосимуляция работы наиболее мощных блоков аппарата. После этого изучаются результаты расчета и принимается решение о внесении изменений в элементы конструкции. Эти виртуальные испытания можно успешно выполнять с применением системы FlowVision (разработка компании ТЕСИС). Но, поскольку сейчас нет постоянной необходимости в подобных расчетах, экономически более выгодно выполнять такие работы разово, на договорной основе, с помощью наших подрядчиков.

Визуализация: показываем будущее изделие


После детальной прорисовки внешнего вида изделия наступает время для подготовки качественных изображений нового аппарата — для рекламных буклетов, каталогов и прочей полиграфической продукции. Здесь мы используем Artisan Rendering для КОМПАС-3D, которое превращает многоцветные 3D-модели в реалистичные фотоизображения изделия.

6vzewhznqkjo3akre36vgh6sbxy.png

С помощью приложения можно создать рекламный буклет будущего серийного изделия, даже не имея фотографий первых образцов продукции.

gavldbnaetafjzqw8ibqxjz435o.jpeg

Испытания


После окончания разработки изделия и выпуска первых опытных образцов начинается этап проведения квалификационных испытаний. Изделие проверяется на соответствие заявленным характеристикам и функциональностям на производственной площадке нашего предприятия. После их успешного прохождения следуют сертификационные испытания в независимой лаборатории на соответствия требованиям безопасности, электромагнитной совместимости, климатических и механических воздействий.

Было бы правильно выходить на эти испытания, имея на руках положительные результаты предварительных расчетов. В связи с этим представляет интерес система прочностного анализа APM FEM для предварительной оценки устойчивости конструкции к синусоидальной вибрации в диапазоне от 2 до 100 Гц для последующего проведения натурных испытаний на соответствие требованиям ГОСТ 30546.1–98 (сейсмостойкость). Возможно, наш интерес к этой теме поддержат испытательные лаборатории, т. к. в обоснованных случаях допускается проводить испытания на сейсмостойкость расчетным методом. В настоящее время для этого используется программный продукт ANSYS.

Финишная прямая: подготовка конструкторской документации


К началу серийного производства следует уже иметь оформленный по требованиям ЕСКД и утвержденный генеральным Заказчиком комплект конструкторской документации. Работы по его подготовке ведут сотрудники отдела по заданию руководителя в нескольких программах:

  • конструкторская документация на монтаж печатных плат оформляется в Altium Designer с использованием недавно разработанного редактора Draftsman
  • сборочные чертежи блоков и рабочие чертежи сложных деталей выполняются в КОМПАС-График
  • конструкторская документация на лицевые панели, шильды и наклейки выполняется в CorelDRAW и передается подрядчикам только в электронном виде.


Перспективы бесчертежных технологий


Хотелось бы обратить внимание разработчиков АСКОН на тенденцию перехода на бесчертежные технологии. При работе с зарубежными поставщиками корпусного оборудования мы уже перешли от согласования чертежей к согласованию 3D-моделей по сопроводительному письму.

Уже сейчас КОМПАС-3D позволяет хранить в модели информацию, необходимую для производства изделия: размеры (в том числе с допусками), шероховатости (в том числе неуказанные), базы, допуски форм, линии выноски и другие. Вся эта информация видна непосредственно в рабочей области, а вот технические требования открываются в отдельной вкладке.

На наш взгляд, было бы удобно предоставить пользователю возможность по необходимости размещать технические требования в пространстве 3D-модели изделия, в одной из трех базовых плоскостей. Так, чтобы при открытии файла в КОМПАС-3D или в КОМПАС-3D Viewer вся необходимая информация выводилась на экран и всегда была перед глазами. При этом у пользователя должна быть возможность перемещать технические требования в плоскости и изменять параметры текста.

В будущем мы планируем рассмотреть отказ от сборочных чертежей в пользу файлов 3D-сборок и на нашем производственном участке. Это позволит упростить прочтение конструкторской документации, а следовательно, облегчит процесс постановки изделий на серийное производство.

Также было бы интересно увидеть синхронизацию справочника Стандартные Изделия с бухгалтерским продуктом 1С, чтобы обеспечить единообразие используемых на предприятии данных.

P.S. Так сложилось, что написанию этой статьи предшествовал месяц плотной работы с новой версией КОМПАС-3D v18. Понимаю, что это отдельная тема для обсуждения, но обойти ее стороной никак не могу.

Основной интерес у нас был к обработке «тяжелых» сборок с количеством деталей более 10 тысяч. Разработчики АСКОН заявляют о прорывном улучшении быстродействия в 18-й версии. Сравнительные характеристики с более ранними версиями выглядят очень привлекательно. По этой причине хотелось оценить возможности новой версии в реалиях нашего предприятия.

Полученные результаты воодушевляют. Перестроение «тяжелых» сборок теперь измеряется десятками секунд. В то время как раньше перестроения могли длиться десятки минут. Значительно сократилось время открытия и сохранения файлов. В целом система ведет себя заметно стабильнее.

kc4l9j4lg-0tsrb5dymu0z_9pns.png Автор — Евгений Фофанов, руководитель отдела КТОП «Уралэнергосервис».

© Habrahabr.ru